OpenHarmony有氧拳击之设备端开发

一、简介

在一个风和日丽，阳光明媚的下午，码农们都像往常一样正在专注地码代码。突然前面的小哥哥站起来，手握开发板，来回出拳。这是怎么回事？
原来这是一款拳击互动游戏，本文将带你一同解开其中的奥秘。开发者从中不仅能体验到学习知识的愉悦，还能享受到健身的乐趣。依托OpenAtom OpenHarmony（以下简称“OpenHarmony”）3.2 Beta1操作系统，样例分为应用端和设备端两部分。本文主要介绍设备端的实现，后续会分享应用端的开发。
设备端：采用小熊派BearPi-HM Nano（Hi3861）开发板，处理加速度计传感器数据。
应用端：采用润和DAYU200（RK3568）开发板，主要处理显示及音效。
如下图，左侧为设备端，右侧为应用端：开发者手握设备端小熊派开发板，观察屏幕，根据应用端APP显示，在指定的时间完成挥拳动作；挥拳信息经无线传递到应用端，应用端APP对挥拳时机有相应的计分规则，最后统计出总分。

二、原理

相比正常状态下，挥拳动作会引起手臂较大的加速度变化。根据这个特征，我们使用BearPi-HM_Nano开发板的扩展模块E53_SC2，它内部集成了MPU6050传感器，能够读取加速度的大小。
做挥拳动作实验，统计数据，得到挥拳时加速度的阈值。程序执行时，把实时的数据与阈值进行比较，判断是否触发了挥拳动作。再经过无线通信，实时把数据发送到应用端。

三、加速度计传感器使用说明

设备端的开发关键在对加速度计传感器的使用，主要涉及两点：1、重力加速度g的理解；2、如何把MPU6050寄存器的数据转化为有单位的数据？
1、样例使用的加速度传感器是MPU6050，它有±2g、±4g、±8g和±16g四个量程可以选择。一个g是指一个重力加速度，代表9.8米/秒²大小。举个例子：假如设备从高处掉落，其加速计测量到的加速度将为0g，因为传感器没有受到力的挤压，处在失重状态；假如设备水平放在桌面上，则加速计测量出的加速度为1g(9.8米/秒²)，我们可以理解为受到1g的压力；
2、MPU6050采用16位的ADC采样。16位的ADC采样是什么意思？举个例子：如果量程选择（通过寄存器选择）是±2g，16位的ADC采样，表示的含义是用65536（即2的16次方）种情况去表达-2到+2g的情况。如下datasheet截图显示，AFS_SEL=0，表示±2g量程，当数据寄存器的数据为16384，对应表示受到1g的力。例如：数据寄存器读取到的值为X，对应受到的力的大小为Y，则Y=X/16384，单位是g。

四、代码解析

设备端代码主要分为两个线程：1、传感器数据处理线程；2、TCP通信线程；它们之间通过事件的方式进行同步通信。
1、传感器数据处理线程主要函数说明：

//E53_SC2模块MPU6050传感器数据处理主要流程
static void DataHandleTask(void)
{
    uint8_t ret;
    ret = E53SC2Init();//MPU6050传感器初始化及配置，配置为+—8g量程
    if (ret != 0) {
        printf("E53_SC2 Init failed!\r\n");
        return;
    }
    while (1)  {
        ret = E53SC2ReadData(&data);//MPU6050传感器寄存器数据读取
        if (ret != 0)  {
            printf("E53_SC2 Read Data!\r\n");
            return;
        }
        AccDataHandle(&data);//MPU6050传感器数据处理，转化为单位为g的数据
        if (myCaldata.Accel[ACCEL_X_AXIS] < 0) {
            myCaldata.Accel[ACCEL_X_AXIS] = myCaldata.Accel[ACCEL_X_AXIS] * -1.0; 
        }
        if (myCaldata.Accel[ACCEL_Y_AXIS] < 0) {
            myCaldata.Accel[ACCEL_Y_AXIS] = myCaldata.Accel[ACCEL_Y_AXIS] * -1.0; 
        }
        if (myCaldata.Accel[ACCEL_Z_AXIS] < 0) {
            myCaldata.Accel[ACCEL_Z_AXIS] = myCaldata.Accel[ACCEL_Z_AXIS] * -1.0; 
        }
        //判断实时数据是否大于拳击阈值Boxing_ACC，大于则设置事件
       if (myCaldata.Accel[ACCEL_X_AXIS] > Boxing_ACC ||                          myCaldata.Accel[ACCEL_Y_AXIS] > Boxing_ACC || myCaldata.Accel[ACCEL_Z_AXIS] > Boxing_ACC) {
            printf("MPU set flg\r\n");
            osEventFlagsSet(g_eventFlagsId, FLAGS_MSK1);//触发拳击事件
        }
        usleep(Delay_10ms);
    }
}
#define MAX_POS_NUM 32767
#define LSB 4096.0
//MPU6050传感器数据处理，转化为单位为g的数据
int AccDataHandle(E53SC2Data *dat)
{    //量程为+-8g，所以分辨率为4096
    if (dat->Accel[ACCEL_X_AXIS] <  MAX_POS_NUM) {
        myCaldata.Accel[ACCEL_X_AXIS] = dat->Accel[ACCEL_X_AXIS]/LSB;
    } else {
        myCaldata.Accel[ACCEL_X_AXIS] =(-1)* (dat->Accel[ACCEL_X_AXIS]-MAX_POS_NUM)/LSB;
    }
    if (dat->Accel[ACCEL_Y_AXIS] <  MAX_POS_NUM) {
        myCaldata.Accel[ACCEL_Y_AXIS] = dat->Accel[ACCEL_Y_AXIS]/LSB;
    } else {
        myCaldata.Accel[ACCEL_Y_AXIS] = (-1)*(dat->Accel[ACCEL_Y_AXIS]-MAX_POS_NUM)/LSB;
    }
    if (dat->Accel[ACCEL_Z_AXIS] <  MAX_POS_NUM) {
        myCaldata.Accel[ACCEL_Z_AXIS] = dat->Accel[ACCEL_Z_AXIS]/LSB;
    } else {
        myCaldata.Accel[ACCEL_Z_AXIS] =(-1)*(dat->Accel[ACCEL_Z_AXIS]-                   MAX_POS_NUM)/LSB;
    }
return 0;
}

2、TCP通信线程主要函数说明：
在本样例的网络通信中，小熊派BearPi-HM Nano（Hi3861）开发板作为客户端，润和DAYU200（RK3568）开发板作为服务端。它们之间采用TCP机制通信。
如下代码：建立好TCP通信后，常规状态下通信线程处在阻塞态，当拳击事件触发后，则会发送信息给服务端：

static void TCPClientTask(void)
{
    // 在sock_fd 进行监听，在 new_fd 接收新的链接
    int sock_fd;
    uint32_t flags;
    struct sockaddr_in send_addr;   // 服务器的地址信息
    socklen_t addr_length = sizeof(send_addr);
    char recvBuf[recvLen];
    memset(recvBuf, '\0', sizeof(recvBuf));
    // 连接Wifi
    WifiConnect(CONFIG_WIFI_SSID, CONFIG_WIFI_PWD); 
    // 创建socket
    if ((sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) {
        perror("create socket failed!\r\n");
        exit(1);
    }
    // 初始化预连接的服务端地址
    send_addr.sin_family = AF_INET;
    send_addr.sin_port = htons(CONFIG_SERVER_PORT);
    send_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(CONFIG_SERVER_IP);
    addr_length = sizeof(send_addr);
    //连接
    connect(sock_fd,(struct sockaddr *)&send_addr, addr_length);
    printf("TCPClient connect success\r\n");

    while (1) {
        memset(recvBuf, '\0', sizeof(recvBuf));
  //等待事件是否触发
        flags = osEventFlagsWait(g_eventFlagsId, FLAGS_MSK1, osFlagsWaitAny, osWaitForever);
        printf("TCP get flag\r\n");
        sprintf(sendbuf,"right\r\n");
        send(sock_fd, sendbuf, strlen(sendbuf), 0);//tcp发出触发信息
        // 线程休眠一段时间
        usleep(Delay_100ms);//100ms
    }
    closesocket(sock_fd);

五、代码构建、编译及烧录

1、OpenHarmony 3.2 Beta1源码下载，地址参考文章结尾处链接；
2、在源码根目录下的vendor目录下，新建team_x文件夹；
3、把boxing文件夹，拷贝到team_x目录下，如下图所示：

4、在源码目录下，输入hb set，然后选择当前文件路径，即输入.(点)，然后通过方向键选取team_x下的boxing，如下图：

5、输入hb build -f,开始编译，编译成功后，会在根目录下的out/bearpi_hm_nano/boxing目录生成Hi3861_wifiiot_app_allinone.bin，如下图：


6、用HiBurn工具烧录程序，烧录参考链接在文章结尾处；
烧录成功后，可以本地验证项目是否成功：
1、电脑端使用网络调试助手软件，建立TCP服务端，电脑端建立服务端需要注意以下几点:
（1）电脑与BearPi-HM Nano开发板连入同一个Wi-Fi热点，如图：电脑与开发板都连入热点"YYYYYY"；
（2）BearPi-HM Nano开发板程序设置的IP，电脑的IP，网络调试助手服务端的IP，三者保持一致，如下图"192.168.1.100"；
（3）点击网络调试助手的"连接"按钮，即先启动服务端。

2、BearPi-HM Nano开发板串口接入电脑，设置波特率为115200；
3、复位BearPi-HM Nano开发板，复位后，串口会打印Wi-Fi连接成功、TCP连接成功等信息，如下图（右侧）；
4、手握开发板，尝试出拳（即挥动开发板）。能看到网络助手的TCP服务端窗口，成功接收到同步挥拳信息“right”，如下图（左侧）：

六、总结

本文主要讲述了拳击互动游戏中，关于设备端的开发，使用小熊派BearPi-HM Nano（Hi3861）开发板硬件，在小熊派相关基础例程上做了二次开发。本设备端开发，使用了OpenHarmony的线程、事件、GPIO、IIC、TCP通信等相关基础知识，再结合加速度计传感器的使用，实现与应用端同步交互的功能。
本样例是OpenHarmony知识体系工作组（相关链接在文章末尾）为广大开发者分享的样例。知识体系工作组结合日常生活，给开发者规划了各种场景的Demo样例，如智能家居场景、影音娱乐场景、运动健康场景等；欢迎广大开发者一同参与OpenHarmony的开发，更加完善样例，相互学习，相互进步。

七、参考连接

本样例代码下载链接：
https://gitee.com/openharmony...
OpenHarmony知识体系共建开发仓：
https://gitee.com/openharmony...
OpenHarmony学习路径：
https://growing.openharmony.c...
小熊派BearPi-HM Nano开发板学习路径：
https://growing.openharmony.c...
https://gitee.com/bearpi/bear...
润和DAYU200（RK3568）开发板介绍：
https://gitee.com/hihope_iot/...
https://growing.openharmony.c...